Subido por jmamaroluis

ZZZ(0)-Fármacos de Origen Marino (2007-141)

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DOI: 10.2436/20.1501.02.50
Les biotecnologies
(Pere Puigdomènech i Francesc Gòdia, ed.)
Treballs de la SCB. Vol. 58 (2007) 141-155
FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO
Fernando de la Calle
PharmaMar SAU.
Dirección para la correspondencia: Fernando de la Calle. PharmaMar SAU.
Avda. Los Reyes, 1. 28770 Colmenar (Madrid).
Correo electrónico: [email protected]
RESUM
Els primers éssers vivents van aparèixer al mar fa més de 3.500 milions d’anys i el seu
desenvolupament evolutiu ha proveït molts d’aquests organismes amb els mecanismes
apropiats per sobreviure, alguns de gran complexitat per a la defensa, l’atac, la senyalització i altres propòsits encara desconeguts, que representen potents armes químiques amb
modes d’acció nous per a nosaltres, i obren el potencial per a noves vies de tractament del
càncer i altres malalties. Tant des del punt de vista científic i acadèmic, com des del de
les indústries farmacèutiques biotecnològiques, ha estat reconeguda aquesta oportunitat i
milers de compostos bioactius han estat descoberts, i alguns estan sent provats en assaigs
clínics, principalment en oncologia.
La visió clàssica de la biotecnologia marina ha canviat radicalment amb l’arribada de
les eines moleculars. En aquests moments el concepte de diversitat biològica està basat en
l’enorme univers de les seqüències de DNA, tenint en compte que la majoria de les formes
de vida no poden ser cultivades en el laboratori. Això obre la possibilitat d’analitzar tot
aquest contingut genòmic com a gens amb potencial per produir compostos farmacèutics
innovadors i enzims.
Paraules clau: biotecnologia marina, productes naturals, descobriment de drogues, PKS
NRPS, metagenomes.
SEA DRUGS
SUMMARY
The first living organisms appeared in the sea more than 3,500 million years ago and
evolutionary development has equipped many marine organisms with the appropriate
mechanisms to survive, developing exquisitely complex biological and chemical mechanisms for defence, attack, signalization and other still unknown purposes. These biologi-
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cal capabilities are clearly revealed by their ability to biosynthesize and release potent
chemical weapons that are active per se. Such novel chemical structures often result in
new modes of action and open up the potential of new ways to treat cancer and other diseases. The current scientific, academic and biotech-pharmaceutical industries have recognized this opportunity and thousands of bioactive compounds are being discovered and
some of them are being testing in clinical trials, mainly in oncology.
The classical view of marine biotechnology has been radically changed with the advent
of molecular tools. Now, the concept of biological diversity is based on an enormous universe of DNA sequences, where the majority of the life forms cannot be cultivated in the
laboratory. It opens up the possibility of analyzing all this genomic content as potential
genes able to produce innovative pharmaceutical compounds and enzymes.
Key words: marine biotechnology, natural products, drug discovery, PKS NRPS, metagenomes.
INTRODUCCIÓN
La historia de la humanidad está condicionada a la utilización de ciertos productos naturales como remedios para paliar
enfermedades. Por citar algunos, la aspirina, la morfina o la penicilina han marcado un antes y un después en expectativas
y calidad de vida. Incluso en el ámbito del
cáncer, productos como la adriamicina o el
paclitaxel (taxol) se emplean a diario como
tratamiento de ciertos tumores.
Estos compuestos, junto con otros miles,
han sido fruto de la exploración de plantas
y microorganismos obtenidos de muestras del suelo como fuentes de potenciales moléculas de aplicación en medicina.
Las grandes compañías farmacéuticas han
ido posicionándose en estas estrategias de
descubrimiento de compuestos durante
los últimos setenta años, y han llenado sus
carteras de productos con nuevos medicamentos.
El avance del conocimiento científico a
escala molecular y celular ha ido variando
esas estrategias hacia una búsqueda más
competitiva, con el desarrollo de plataformas de alto rendimiento high throughput
screening y sistemas in vitro que permiten
cribar miles de compuestos sintéticos en
cuestión de horas atendiendo a la baja pro-
babilidad de encontrar sustancias activas.
Este cambio de actitud puso en entredicho
la obsoleta disciplina de cribar organismos
del suelo de forma empírica que tantos éxitos reportó en el pasado. Muchos autores
calificaron de «casi exhausto» el arsenal de
productos naturales.
Sin embargo, pocas novedades se han
reportado en los últimos años en cuanto a
nuevos mecanismos de acción en antibióticos, por ejemplo. La combinatoria química, por sí sola, no ha sido capaz de suplir
la extraordinaria versatilidad estructural
que ofrecen los compuestos naturales. Esas
enormes expectativas de modernidad han
sucumbido a los hechos (Payne et al., 2007).
Durante los últimos años, la revolución
científica surgida de la genómica y la proteómica ha variado sustancialmente el escenario de búsqueda de nuevos medicamentos. Conociendo mejor el ciclo celular
se pueden describir reacciones bioquímicas
claves para ser modificadas, obteniendo
dianas o targets específicos en que se reduce enormemente los efectos secundarios.
Se diseñan métodos de cribado basados en
células, en que se realizan construcciones
genotípicas y fenotípicas que destacan los
efectos sobre dianas celulares específicamente. Se utilizan modelos animales transgénicos de validación de tales dianas que
FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO 143
incrementan las opciones de confirmación
de que las moléculas bioactivas puedan llegar a convertirse en fármacos. Las técnicas
analíticas de determinación estructural
permiten la identificación de estructuras
atendiendo a su estereoquímica. Los sistemas de simulación virtual entre estructura
química y actividad biológica o de acople
espacial entre la sustancia y el centro activo
de la diana permiten el diseño de estructuras más optimizadas.
Hemos pasado de la búsqueda de nuevos
antibióticos que mermaban la población
mundial a nuevas necesidades terapéuticas
del siglo xxi: cáncer, enfermedades neurodegenerativas, diabetes, obesidad, enfermedades coronarias, antivirales y cáncer.
Aunque los océanos contienen una biodiversidad muy superior a la de la tierra,
su exploración desde el punto de vista de
búsqueda de nuevos compuestos químicos apenas se ha iniciado, y se conocen en
la actualidad «únicamente» unos quince
mil productos naturales de origen marino,
una décima parte de los terrestres. La revisión del grupo neozelandés liderado por
M. Munro (Blunt et al., 2007) recopila las
nuevas moléculas aisladas de organismos
marinos. Este potencial se basa en que los
océanos abarcan el 70 % de la extensión del
globo y su diversidad biológica el 95 % de
la biosfera. Un dato muy interesante aportado por el Nacional Cancer Institute es que
el porcentaje de extractos activos de origen
marino es muy superior al terrestre.
A pesar de su reciente exploración, ya
hay productos naturales marinos que han
mostrado actividad en la mayoría de las
dianas celulares y moleculares. La evolución ha definido y seleccionado diversas estrategias de supervivencia, defensa, ataque
y comunicación entre organismos marinos
que componen un verdadero arsenal de
diversas moléculas (metabolitos) que podemos emplear en salud humana.
Si observamos dos esponjas compitiendo
por un sustrato de fijación, o el empleo de
defensas químicas en seres inmóviles para
no ser depredados, nos daremos cuenta de
que la estrategia evolutiva las ha dotado de
sustancias capaces de detener el crecimiento de los rivales y ello puede aplicarse al
cáncer, donde la división celular juega un
papel determinante. Sin duda, es en el área
del cáncer donde el arsenal metabólico marino juega el papel más determinante, pero
no es el único. La supervivencia a grandes
profundidades conlleva estructuras capaces de resistir más de cien atmósferas de
presión conservando su capacidad vital,
como el caso de ciertas esponjas y gorgonias, y podemos utilizar esos biomateriales
en trasplantes óseos por su exquisita resistividad y flexibilidad. Las neurotoxinas de
dinoflagelados y moluscos juegan un papel
determinante como venenos paralizantes
de vertebrados y hoy en día ya se han comercializados ciertos péptidos de origen
marino para el tratamiento del dolor.
Existe un extenso listado de medicamentos de origen marino en fases clínicas
a punto de ser comercializados. Uno de los
principales retos está en diseñar sistemas
de producción a escala industrial de sustancias que se encuentran en partes por
millón en las muestras biológicas estudiadas. La biotecnología marina tiene mucho
que aportar al respecto cuando la síntesis
química no es eficiente. Ya tenemos varios
ejemplos con compuestos encontrados inicialmente en esponjas, tunicados o briozoos, incluso en bacterias marinas de difícil
industrialización.
El futuro de las medicinas marinas debe
venir del empleo de técnicas moleculares o
genómicas y celulares, de la robótica y de
la bioinformática. Los avances en biología
molecular de la última década han pulverizado el concepto clásico de biodiversidad
marina, entendida hasta ahora como mera
clasificación de especies atendiendo a morfología. Se calculan en 3 × 1028 el número
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de formas de vida microscópicas existentes
globalmente en océanos; para que lo entendamos, ello supone que hay cien millones
de veces más microorganismos que estrellas en el universo visible. Pero el reto está
en como poder cultivarlos en el laboratorio,
pues más del 99 % de ellos sólo se conocen
por técnicas moleculares (Zengler et al.,
2006). Además, estos organismos unicelulares son máquinas de expresar genes. Algunos de estos productos de expresión son
los llamados metabolitos secundarios, que
han sido seleccionados durante millones de
años de evolución para ser útiles como defensa o ataque de depredadores. Por otro lado, la extremada promiscuidad (entendida
como mezcla confusa o indiferente) de los
microorganismos marinos para intercambiar genes está rompiendo el paradigma de
relacionar taxonomía con diversidad metabólica.
Además de lo anterior, los recientes progresos en el conocimiento de genes encargados de producir metabolitos secundarios
como péptidos o poliquétidos (llamados
clusters génicos NRPS y PKS) (Donadio et
al., 2007) sólo han conseguido demostrar
su funcionalidad en microorganismos. Si a
esto le añadimos el gran contenido de simbiontes marinos (microorganismos que viven en estrecha relación con invertebrados
marinos) se abren eficaces vías de estudio
para identificar nuevas moléculas con actividad en salud humana, además de atribuir
a estos «invisibles» habitantes marinos la
propiedad de producción de biocompuestos,
Figura 1. Esponja Crytotethya cripta y estructura química de Ara-C (arabinosilcitosina).
que hasta ahora sólo se achacaban a invertebrados. A modo de ejemplo, una esponja
marina puede contener más de un millón
de genes bacterianos capaces de producir
sustancias tóxicas.
Finalmente, gracias a técnicas de microbiología molecular, sistemas de alta rapidez
en secuenciación de DNA y con métodos de
predicción secuencia nucleótido-enzimametabolito, es posible plantearse nuevos retos de cribado basados en la exploración de
millones y millones de genes aunque no sea
posible cultivar a sus dueños. Es la llamada
era de los metagenomas.
En conclusión, ese universo de moléculas pequeñas, pero de extremada sutileza
estructural, encontradas en muestras marinas, forman un armamento tan fascinante
que no es de extrañar que sean calificadas
como las medicinas del futuro. Pero la mejor noticia es que la comunidad científica
sólo ha explorado la punta del iceberg del
potencial existente en la biodiversidad marina. Seguro que lo mejor está por llegar.
FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO
Historia de la exploración de recursos
marinos en salud humana
No es muy frecuente encontrar referencias en etnofarmacología sobre medicamentos de origen marino, aunque desde
hace miles de años se hayan empleado ungüentos, brebajes y cataplasmas de algas y
lodos marinos para un sinfín de dolencias
(desparasitación intestinal, regulaciones
hormonales, efectos antiinflamatorios o
antibióticos, tratamientos de estados anímicos, etc).
Algunas fórmulas, como el Noni, bebida
elaborada a partir de extractos de algas y
fruta fermentada, empleada para afecciones varias en archipiélagos del Pacífico o
FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO 145
las algas marinas limu, kelp y wakame, que la
medicina tradicional china y nipona considera tónicos revitalizantes, aún se pueden
encontrar en tiendas especializadas. Plinio
el Viejo describió en su Naturalis Historia
la utilización de una absenta marina (Seriphum) en el Antiguo Egipto para alteraciones gastrointestinales.
En 1900 se comercializó el primer producto marino sensu stricto, el ácido kaínico,
obtenido de extractos de algas pardas y empleado como insecticida y antihelmíntico.
Pero no fue hasta cincuenta años más tarde
cuando empezaron a identificarse los primeros fármacos encontrados en esponjas y
microorganismos marinos.
La AZT (zidovudina), que marcó un hito en la lucha contra el sida, fue inspirado
a partir de los nucleósidos espongouridina,
también conocida como Ara-C y espongotimidina o Ara-A, antivirales aislados de la
esponja Crytotethya cripta (véase la figura 1).
También sirvió como molde para desarrollar análogos para el tratamiento de leucemias (Scheuer, 1996).
También a mediados de los años cincuenta, se descubrió la cefalosporina C a partir de
un microorganismo marino, el hongo Cephalosporium, que actualmente sigue siendo
muy utilizado como antibiótico. En 1966 se
publicó otro antibiótico, la pentabromopseudilina, producido por una bacteria aislada
del mar.
Otro hecho significativo de aquella época
fue el descubrimiento en grandes cantidades de prostaglandinas en el coral Plexauria
homomalla. Estos compuestos son importantes mediadores en afecciones inflamatorias,
fiebre y dolor, e incluso están descritos como anticonceptivos; se descubrieron en semen de carnero, y de ahí su nombre, al ser
provenientes de líquidos prostáticos.
Desde entonces hasta nuestros días, se
han descrito más de quince mil compuestos
marinos; aunque la mayoría tienen su aplicación en el área del cáncer, es de destacar
la reciente aprobación por parte de la FDA
del Prialt (ziconotida), péptido neuroparalizante con aplicación en anestesia y que
debe ser empleado a dosis mucho más bajas que la morfina. Fue aislado inicialmente del molusco Conus magnus (Olivera et al.,
1985). De crustáceos planctónicos (neptune
krill oil) una empresa canadiense está comprobando sus efectos en fase clínica ii como
atenuantes del ciclo menstrual. Otros metabolitos obtenidos de esponjas y corales
están siendo probados como antiinflamatorios. Incluso el fármaco GTS21 de un gusano nemertino está mostrando potencialidad en el tratamiento del Alzheimer y la
esquizofrenia.
En julio de 2007, la agencia europea de
medicamentos EMEA emitió el visto bueno
para la futura comercialización de Yondelis
(trabectedina o ET-743), convirtiéndose así
en el primer compuesto natural marino
aprobado para el tratamiento del cáncer.
Proceso de descubrimiento de fármacos
(drug discovery)
La mortalidad a causa de enfermedades
infecciosas a principio del siglo xx, como
gripe, neumonías, tuberculosis y gastroenteritis, ha dejado de ser el gran reto de la
medicina actual; ahora las enfermedades
cardiovasculares, el cáncer, las afecciones
neurodegenerativas, los moduladores del
sistema inmunitario y los nuevos tratamientos frente a cepas resistentes a antibióticos
conllevan un nuevo mercado global farmacéutico que mueve quinientos mil millones
de euros al año.
Frente a tales enfermedades, se están seleccionando dianas moleculares específicas
para basar los ensayos de búsqueda de actividades biológicas. Sin embargo, una vez
encontradas moléculas que puedan interaccionar con ellas selectivamente, es necesario aplicar tecnologías de optimización quí-
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mica e innovadores formas de aplicación o
drug delivery para hacer frente a los efectos
tóxicos que conllevan. El objetivo de la I+D
actual es doble: ser más eficaces y reducir
los efectos colaterales que conllevan las terapias basadas en sustancias tóxicas.
Las tres cuestiones que subyacen a la hora de diseñar este proceso son:
a) ¿Qué queremos encontrar y cómo vamos a
hacerlo?
b) ¿De qué muestras partimos?
c) ¿Qué tipo de información vamos a obtener
del cribado?, ¿cómo podemos encontrar la sustancia responsable de la actividad y cómo la podemos convertir en fármaco?
Esta aproximación tan simplista se complica atendiendo a varios factores, entre
ellos la disponibilidad económica existente,
el grado de automatización, la probabilidad de éxito que auguremos, el estado de
la técnica existente, el tiempo empleado en
el desarrollo, etc. El esquema general más
simplificado queda reflejado en la figura 2.
Este esquema se complica atendiendo al
área antiinfectiva, antitumoral, antiviral o
al empleo de la genómica en la búsqueda de
actividades enzimáticas.
Paul Ehrlich (Drews, 2000) postuló en 1957
que ciertos quimiorreceptores en bacterias,
parásitos y células cancerosas podrían ser
explotados terapéuticamente. El primer paso del diseño del cribado (screening) es la selección de la diana (target) adecuada. Puede ser
a nivel de célula o de estructura molecular,
normalmente proteica (receptor o enzima).
Una vez identificada dicha reacción, es
necesario validarlo. Este concepto conlleva dos objetivos: que la diana sea lo más
específica posible (máxima actividad en
células tumorales y no en sanas, o actividad frente a microorganismos resistentes
a determinados antibióticos e inocuos al
resto de células) y que pueda ser indicio de
éxito en las pruebas de eficacia que se realizarán en sistemas animales o tejidos como
paso previo a su aplicación en el paciente
final.
El segundo paso es el diseño del proceso propiamente definido como cribado, que
permita el procesado de muestras de forma
rápida y certera. La evolución en sistemas
de placa Microtiter ha pasado de las ancestrales placas de Petri a las actuales Microtiter de 96, 384 o 1.536 pocillos, y permite
el desarrollo de plataformas de alto rendimiento (HTS) o sistemas automatizados.
Los tipos de cribado los dividiremos en celulares, moleculares y virtuales (in silico).
La función de dicho cribado puede ser
triple:
— Seleccionar muestras iniciales de interés.
— Servir como referencia en el proceso
de purificación del compuesto activo (bioensayo).
Aportar datos suficientemente específicos y concisos que permitan aumentar el
éxito en la conversión de la sustancia activa
o hit al producto de uso industrial o lead.
Normalmente, se definen cribados pri-
Figura 2. Proceso general de descubrimiento de fármacos (drug discovery).
FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO 147
marios, como aquellos que se utilizan para
seleccionar poblaciones de interés, que suelen estar basados en el empleo de células.
En el cribado secundario, habitualmente
mucho más específico, el objetivo básico es
el estudio de la especificidad del modo de
acción.
Una vez seleccionadas las muestras activas por cribado primario, comenzará el
aislamiento del compuesto responsable de
actividad mediante el empleo de técnicas
analíticas, hasta llegar a la elucidación estructural. Cada paso de purificación (fracciones) será guiado por la actividad, en lo
que se conoce como bioensayo.
Si la estructura responsable de la actividad permite su desarrollo al aportar estructura química novedosa, potencia (medida
habitualmente como molar) interesante y
específica y posibilidad real de suministro
a escala industrial (por fermentación directa del productor o indirecta por clonaje y
expresión heteróloga o síntesis química),
comenzarán los estudios de síntesis química, dirigida o combinatorial, para encontrar
la mejor variante atendiendo a su formulación, estabilidad, actividad o solubilidad.
Es lo que se conoce como optimización del
lead o de hit a lead.
Respecto a la definición de muestras y en
el caso concreto de organismos marinos,
podemos agruparlas en tres grandes grupos:
— Invertebrados y algas marinas.
— Microorganismos cultivables (bacterias, hongos, fotosintéticos unicelulares).
— DNA medioambiental o metagenomas.
Este proceso conlleva grandes inversiones de recursos económicos, humanos y
tecnológicos. La figura 3 resume los tiempos medios empleados y las probabilidades
de éxito del descubrimiento de fármacos.
Moléculas bioactivas marinas frente a
dianas actuales
Como se ha comentado anteriormente, los
avances en biología molecular y celular junto con plataformas robotizadas y perfeccionamiento en análisis estructural junto con
modelos espaciales de unión entre moléculas y centros activos de enzimas claves, han
revitalizado el descubrimiento de fármacos
de productos naturales marinos (PNM).
Existe un largo listado de PNM de novedosas estructuras activas sobre dianas específicas (Nagle et al., 2004).
La mayoría de las aplicaciones tiene que
ver con la oncología. Repasaremos las familias más relevantes en ensayos clínicos en el
siguiente apartado. Fuera del área de cáncer
destacan las siguientes familias de metabolitos con aplicación en salud humana:
Conotoxinas (ziconotida, MVIIA o Prialt).
Figura 3. Tiempos de desarrollo medio desde el inicio del descubrimiento de
fármacos hasta la comercialización.
148 F. DE LA CALLE
La ziconotida es un péptido de veinticinco aminoácidos que ha sido recientemente
autorizado por las autoridades americanas
de la FDA para su comercialización para
el tratamiento del dolor. Esta conotoxina,
junto a otras ω-conotoxinas, fue aislada del
gasterópodo marino Conus magus (Olivera
et al., 1985), conocido habitualmente por su
capacidad de lanzar venenos paralizantes
a peces. Está siendo desarrollado por Elan
Corporation y se aplica para tratamientos
analgésicos en casos de enfermedades terminales, ya que multiplica cientos de veces
la eficacia de la morfina con mejor tolerancia.
Manzaminas (manzamina A). Aunque la
manzamina A (véase la figura 5) presenta
efectos citotóxicos, insecticidas y antibacterianos, es conocido por su utilización en
ensayos clínicos frente a la malaria.
Se aislaron originalmente de esponjas
marinas del genero Haliclona en Okinawa,
aunque posteriormente se aisló un microorganismo marino, perteneciente a los actinomicetos (en concreto al género Micromonospora) por parte del grupo de Mark Hamann
de la Universidad de Misisipí (Blunt et al.,
2003). Por lo tanto, este compuesto puede
ser desarrollado por fermentación a escala
industrial.
Pseudopterosinas. Se trata de diterpenos
biclíclicos glicosilados, aislados de la gorgonia Pseudopterogorgonia elisabethae, con
potentes efectos antiinflamatorios. La compañía OsteoArthritis Sciences Inc. ha presentado recientemente el investigational new
Figura 4. Gasterópodo Conus magus y estructura de la
ω-conotoxina ziconotida.
drug (IND) para el comienzo de los ensayos
en humanos como compuesto antiinflamatorio en dermatitis irritante de contacto. Sin
embargo, dichos efectos beneficiosos ya se
conocían en cosmética, ya que extractos de
este coral son componentes de la crema Resilience (Rouhi, 1995).
Principales compuestos marinos en fases
clínicas en oncología
En ensayos clínicos de oncología existen
actualmente una veintena de compuestos,
siendo PharmaMar, empresa ubicada en
Madrid y Boston, pionera en la investigación y desarrollo de PNM, ya que cuenta
actualmente con cinco productos derivados
de fuentes marinas en distintas fases de desarrollo clínico en humanos en hospitales
de todo el mundo.
Ecteinascidinas (ET-743, trabectedina, Yondelis). Dentro de la familia de las ecteinascidinas, destaca en particular ET-743 (Yondelis) como potente antitumoral, aislado
originalmente del tunicado (ascidia) Ectei-
Figura 5. Actinomiceto marino Micromonospora sp. y
estructuras de manzamina A (1) e hidroximanzamina A
(3).
Figura 6 . Tunicado Ecteinascidia turbinata y estructura
de ET-743, principio activo de Yondelis.
FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO 149
nascidia turbinata (véase la figura 6) y en la
actualidad producido por semisíntesis a
partir de un metabolito microbiano (Cuevas
et al., 2000). La figura 7 muestra la similitud
estructural entre el metabolito microbiano
safracina B, producido por fermentación de
la bacteria Pseudomonas fluorescens A2-2, y la
ecteinascidina ET-743.
Desarrollado por PharmaMar, recibió
en julio de 2007 el visto bueno de la EMEA
para su comercialización en Europa para
sarcomas de tejido blando, y actualmente
está llevándose a cabo un estudio en fase iii
para su aplicación en cáncer de ovario junto
con la compañía norteamericana Johnson &
Johnson PRD. El tunicado marino productor puede localizarse muy extendido por
aguas del Mediterráneo (Formentera, Mallorca, Túnez) y del Caribe. Durante los primeros años de exploración en fases clínicas,
PharmaMar llevó a cabo cultivos marinos
de la ascidia para la extracción y obtención
del producto. (Carballo et al., 2000). Por otro
lado, Yondelis está designado como medicamento huérfano (orphan drug) en sarcomas de
tejido blando (STS) y ovario en la UE y los
EEUU.
Este compuesto se une al surco menor
del DNA interfiriendo en los procesos de
división celular, de transcripción genética
y en los sistemas de reparación del ácido
nucleico.
Recientemente, científicos de PharmaMar han publicado la existencia de un simbionte, aunque no se ha conseguido todavía
relacionarlo con la biosíntesis.
Como se verá más adelante, la extraor-
dinaria similitud estructural de este compuesto con estructuras bacterianas como
safracinas o saframicinas así lo sugieren.
Didemninas (deshidrodidemnina B, aplidina
o Aplidin). Familia de péptidos cíclicos aislados de tunicados. La didemnina B fue
aislada de la ascidia Trididemnum solidum
y fue el primer fármaco marino en entrar
en fases clínicas, aunque fue paralizada su
aplicación en fase ii debido a la alta toxicidad (Vries y Beart, 1995). Como en el caso
anterior, fueron científicos de PharmaMar,
junto con K. L. Rinehart, de la Universidad
de Illinois, quienes aislaron la deshidrodidemnina B (aplidina o Aplidin) de otra ascidia, Aplidium albicans (véase la figura 8) en
aguas del Mediterráneo. Esta ascidia vive a
más de 50 m de profundidad.
Aplidin se encuentra en fase ii frente a
tumores sólidos y hematológicos, sólo y en
combinación con otros agentes, y su mecanismo de acción está basado en la inducción
rápida y persistente de la apoptosis, inhibe
la secreción del factor 1 de crecimiento del
endotelio vascular VEGF1 y bloquea el ciclo celular. Le fue concedido el estatus de
medicamento huérfano frente a leucemia
linfoblástica y mieloma múltiple por las autoridades regulatorias europeas en la UE y
los EEUU en 2003 y 2004, respectivamente.
Su producción se realiza por síntesis química total.
Kahaladidos (kahaladido F o KF). El kahaladido F (KF) es la estructura más estudiada
dentro de la familia de los kahaladidos. Como en los dos casos anteriores, PharmaMar
posee la exclusividad de desarrollo. Su pro-
Figura
7. Similitud
estructural ET-743
entre la safracina B y ETSafracina
B
743. La primera se utiliza como material de partida de la
actual ruta de fabricación de Yondelis.
Figura 8. Tunicado Aplidium albicans y estructura de
Aplidin.
150 F. DE LA CALLE
ducción industrial está prevista realizarla
por síntesis química. Este compuesto de
naturaleza peptídica con cadenas de ácidos grasos fue descubierto por el profesor
Scheuer, de la Universidad de Hawaii en
la bahía de Kahala, de ahí su nombre. Los
kahaladidos se aislaron del extracto de un
molusco marino, Elysia rufescens (véase la
figura 9), aunque años más tarde también
se aisló KF del alga Bryopsis sp., que forma
parte de la dieta del nudibranquio. En 2005,
M. Hamman, de Universidad de Misisipí
y R. Hill, de la Universidad de Maryland
(WO2005/042720) patentaron la producción
bacteriana de KF. Se trata de dos especies
de Vibrio, bacteria muy habitual en los mares.
KF se encuentra en ensayos clínicos de
fase II para carcinoma hepatocelular, cáncer de pulmón no microcítico (CPNM) y
melanoma. También se está evaluando para
el tratamiento de psoriasis severa.
Su mecanismo de acción apunta a la alteración de las membranas lisosomáticas e
induce la muerte celular mediante oncosis.
Se ha comprobado que la actividad antitumoral es independiente de la resistencia a
múltiples fármacos (MDR) y del estado de
la p53.
Briostatinas (Briostatina 1). Las briostatinas
son lactonas macrocíclicas aisladas originariamente del briozoo Bugula neritina (véase
la figura 10). Este organismo es muy abundante en todos los océanos y, como veremos
más adelante, se ha intentado su cultivo en
condiciones controladas. Sin embargo, es
muy probable que el verdadero productor
sea una bacteria simbionte y pueda en un
futuro ser fermentada. La briostatina 1 está siendo desarrollada en ensayos clínicos
en fase ii por el NCI en licencia con BristolMyers. Parece que no es efectiva sin combinación, lo que hace que se valore su efecto
sinérgico con taxol para la aplicación en
cáncer de pulmón, mama y ovario (Wang
et al., 1998). Este compuesto se une con gran
afinidad a la proteína C quinasa, lo que se
traduce en efectos antitumorales e inmunoestimulantes.
Dolastatinas (dolastatina 10). Péptidos aislados de la liebre marina o nudibranquio
Dollabela auriculata, que producen una inhibición de la polimerización de los microtúbulos, lo que se traduce en la inhibición de
la división celular y la apoptosis posterior.
La dolastatina 10 está siendo probada en
ensayos en fase ii en combinación con vinblastina, e incluso se ha probado con briostatina 1. Sus posibles aplicaciones futuras
serían para tumores de mama, próstata y
colon.
Hay investigadores que atribuyen su biosíntesis a cianobacterias asociadas (Harrigan y Gotees, 2002).
Discodermólidos. Macrólidos aislados de
la esponja caribeña Discodermia disoluta
(Gunasekera et al., 1990), con mecanismo de
acción muy similar a las dolastatinas, presentan actividad incluso en células tumorales resistentes a taxol y epotilonas. Están
Figura 9. Nudibranquio Elysia rufescens y estructura del kahaladido F.
FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO 151
siendo ensayados en combinación con taxol
en fase i. Novartis ha conseguido publicar su síntesis química en treinta y nueve
pasos.
Aminoesteroles de tiburón (escualamina y
Neovastat). Estas sustancias han sido extraídas del cartílago de tiburón (Moore et
al., 1993), sobre todo de especies de Squalus
acanthus, muy común en las costa este de los
EEUU. Sus mecanismos de acción se basan
en efectos antiangiogénicos o inhibidores
de la formación de capilares sanguíneos
que irrigan los tumores.
Halicondrinas (halicondrina E7389). De
varias esponjas del océano Indico y preferentemente de la esponja de grandes profundidades neocelandesa, Lyssodendorix sp.
y de la más extendida Halichondria okadai,
pueden obtenerse halicondrinas, siendo la
más activas la isohomohalicondrina B (Litaudon et al., 1994) y la halicondrina B. Su
enorme potencial radica en las actividades
antitumorales inferiores al nanomolar. Debido a la escasa productividad de dichas esponjas y después de varios intentos fallidos
de cultivo de Lyssodendoryx en condiciones
controladas, se consiguió la síntesis química del fragmento más activo de la halicondrina B, y dicho compuesto, E7389, se encuentra actualmente en ensayos clínicos al
demostrar producir arresto del ciclo celular
en G2/M debido a su efecto sobre el citoesqueleto (microtúbulos).
Salinosporamidas (salinosporamida A). Comenzó su desarrollo en ensayos clínicos en
2006 por la compañía norteamericana Nereus Pharmaceuticals, liderada científica-
Figura 10. Briozoo Bugula neritina y estructura de la
briostatina 1.
mente por William Fenical. Este compuesto
fue aislado de los caldos de fermentación
de un nuevo grupo de actinomicetos marinos, conocido como Salinospora (Fenical
y Jensen, 2006). Estos microorganismos se
encuentran en grandes profundidades y están revolucionando el concepto de diversidad química asociada a nuevos géneros en
bacterias.
Las salinosporamidas, obtenidas de este
nuevo grupo taxonómico, presentan inhibición específica sobre proteasoma (Groll et
al., 2006) y presentaron prometedores resultados en preclínica frente a cáncer de colon,
mama y pulmón no microcítico.
Fármacos de grandes profundidades
Actualmente, la necesidad de exploración a grandes profundidades supone un
importante reto tecnológico, ya que es posible que la diversidad química que pueda
encontrarse presente la ventaja de la adaptación bioquímica a grandes presiones.
El cuadro 1 resume los productos marinos de aplicación en salud humana obtenido por medios diferentes al buceo clásico,
cuya limitación fisiológica sitúa la bioprospección hasta 40-60 metros.
Es de destacar la lección de bioingeniería
y su posible aplicación en ingeniería ósea
que obtenemos de las estructuras calcáreas
de ciertos corales (Keratoisis e Isidella), en que
científicos alemanes (Ehrlich et al., 2003) están examinando la enorme flexibilidad y, a
la vez, dureza, que confieren una proteínas
llamadas gorgoninas, que se sitúan en ángulos precisos de las estructuras calcáreas de
Figura 11. Estructura química de la
salinosporamida A.
152 F. DE LA CALLE
Cuadro 1. Productos marinos de aplicación en salud humana
Compuesto
Isohomo
Halicondrina B
Discodermólido
Aplicación
Cáncer
Fuente
Esponja
Lyssodendoryx
Cáncer
Profundidad
> 100m
Esponja
D. dissoluta
Dictiostatina 1
Cáncer
Esponja no identificada
Fam. Corallistadae
Sarcodictina
Cáncer
Coral Sarcodic­
tyon roseum
Salinosporamida A Cáncer
Bacteria
Salinospora tropica
Topsentina
Antiinflamatorio Esponja
Spongosporites
Alzheimer
ruetzeri
Gorgoninas
Implantes óseos Corales, fam.
Isididae
dichos corales que viven a más de 1.000 m
de profundidad.
Aplicación de la biotecnología en
productos naturales marinos (PNM)
Como se ha indicado anteriormente, el
empleo de herramientas moleculares no
sólo ha revolucionado el concepto de biodiversidad marina, sino que puede suponer
un nuevo enfoque en la búsqueda de nuevas medicinas.
Figura 12. Caldo de fermentación de Micromonospora
marina y tiocoralina, depsipéptido obtenido por expresión heteróloga en varias especies de Streptomyces industriales mediante ingeniería molecular del cluster NRPS
responsable de la biosíntesis.
Comentario
Véase 2.4
140 m
Localización
Nueva
Zelanda
Bahamas
442 m
Jamaica
Toxicidad similar a taxol
100 m
Mediterráneo
> 1.000 m
Pacífico norte
Toxicidad similar a taxol
Véase 2.4
300-600 m
Bahamas
Desarrollo preclínico iniciado
> 1.000 m
Pacífico norte
Bioingeniería
Véase 2.4
Los análisis de la riqueza cuantitativa y
cualitativa microbiana asociados a muestras
marinas (y terrestres) revelan que la ciencia
sólo es capaz de cultivar en laboratorio menos del 1 % del total de formas vivas que se
encuentran allí (Kellenberger, 2001).
El conocimiento molecular de los genes
responsables de la biosíntesis de metabolitos secundarios, especialmente relacionados con péptidos (non ribosomal peptide
synthetases, o NRPS) y macrólidos policétidos (poliketide synthetases o PKS) y la posibilidad de silenciarlos o combinar distintos
módulos para alterar estructuras definidas
suponen un salto significativo en el actual
descubrimiento de drogas a partir de productos marinos. Un ejemplo práctico del
empleo de la biotecnología aplicada a solventar el problema que supone el diseño
de la producción industrial de estos PNM
ha sido publicado por investigadores de
PharmaMar en colaboración con científicos
de la Universidad de León (Lombó et al.,
2006): la producción heteróloga del antitumoral marino tiocoralina (véase la
figura 12).
Este depsipéptido, perteneciente a la fa-
FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO 153
milia de las equinomicinas y los antibióticos quinoxalínicos, fue aislado del actinomiceto marino Micromonospora marina que,
a su vez, fue aislado de un molusco en costas mozambiqueñas. Debido a la necesidad
de cultivo en agua de mar de la bacteria
productora, su posible industrialización se
llevará a cabo mediante la expresión de los
genes responsables en otro actinomiceto de
carácter más industrial, como son especies
de Streptomyces.
Este mismo grupo de investigadores
de PharmaMar también publicó la caracterización, knock-out y expresión heteróloga de los genes relacionados con la biosíntesis de la safracina B que, como se indicó anteriormente, es la fuente de partida
de la fabricación de Yondelis (Velasco et al.,
2005).
En los EEUU, y gracias al grupo de M.
Haygood, se identificó un simbionte en
Bugula neritina de cuyo extracto se aisla la
briostanina 1, descrita anteriormente. Este interesante compuesto podrá ser igualmente obtenido en cantidades industriales gracias al descubrimiento del material
genómico de Candidatus endobugula sertula,
simbionte que lleva las secuencias nucleótidas del PKS responsable de la biosíntesis
de tal compuesto (Davidson et al., 2001).
Ello demuestra el gran potencial de las herramientas moleculares en las investigaciones sobre simbiontes marinos, cada vez con
mayor relevancia como posibles productores de compuestos marinos que se creían
producidos por esponjas, tunicados y otros
invertebrados (Woyke et al., 2006).
Hay una enorme biodiversidad microbiana asociada a muestras marinas, y las
formas procariotas llegan a suponer hasta
el 60 % del peso de algunas esponjas. Esta microflora, detectada por tecnologías
moleculares, apenas puede ser estudiada
empleando conceptos clásicos de microbiología, ya que la inmensa mayoría de microbios no pueden ser llevados en condiciones
de cultivos puros al laboratorio (Taylor et
al., 2007).
Ante estas enormes expectativas, surge el
concepto de metagenomas, con multitud de
aplicaciones y que, en un futuro cercano,
será el centro de la investigación marina en
productos naturales. Esta tecnología se basa en la exploración de genes del DNA sin
necesidad de cultivar a sus «dueños». Básicamente, se trata de:
a) Recolectar muestras medioambientales
como unos pocos gramos de esponjas, sedimentos marinos o agua de mar.
b) Concentrar y limpiar el DNA que allí
se encuentre.
c) Cortarlo mediante enzimas de restricción a tamaños adecuados. Los tamaños
vendrán determinados por el vector, siendo
desde 5 kb hasta más de 100 kb en el caso
de los cromosomas bacterianos artificiales
(BAC).
d) Insertarlo en vectores de clonaje, como
fósmidos, cósmidos, BAC, etc.
e) Transformar bacterias (Escherichia
coli, Pseudomonas, Streptomyces, etc.) o levaduras (Pischia pastoris) mediante la inclusión del vector con la porción de DNA
medioambiental a explorar. Podemos estar
hablando de miles o millones de clones, dependiendo de la cantidad de DNA que se
encuentre en la muestra.
f) Cribado o búsqueda de clones activos.
Esto puede realizarse de varias formas
atendiendo al fin que se persiga:
— Cribado de secuencias de interés: Mediante hibridación con secuencias homólogas de búsqueda.
— Cribado por actividades. Ello implica
la expresión del gen o los genes en los microorganismos transformados. Utilizado en
la búsqueda de actividades enzimáticas o
antimicrobianas, al poder rastrear miles de
clones a la vez sobre medios de cultivo con
el sustrato o germen problema y detectar
los productos producidos por las porciones
del DNA clonado.
154 F. DE LA CALLE
— Cribado por trampa genética o sustrato
inducido (Ferrer et al., 2005). Esta tecnología
se basa en la detección de clones de interés
por cambios del fenotipo (morfología) de los
clones. Estos cambios (son las llamadas blue
colonies) se producen cuando el gen externo
clonado expresa algún producto que sirva
como inducción de operones (tipo lacZ) que
produzcan esas variaciones.
g) Seleccionar el clon o clones de interés
y secuenciar el fragmento que ha dado actividad para conocer la secuencia entera y
poder utilizarla industrialmente.
El desarrollo de la metagenómica marina ya está dando sus frutos en el descubrimiento de nuevas o mejoradas actividades
enzimáticas y está comenzando a utilizarse
en la búsqueda de metabolitos novedosos
(DeLong, 2005).
En conclusión, la bioprospección marina está reportando multitud de pequeñas
moléculas que pueden ser aplicadas en la
salud humana. Entre los quince mil metabolitos marinos conocidos, una treintena de
ellos está siendo probado en fases clínicas,
principalmente en oncología, y algunos ya
han sido aprobados para su comercialización. Diversas estrategias biotecnológicas
han resuelto el complicado reto de conseguir un suministro recurrente de algunos
de estos metabolitos, que se encuentran en
cantidades ínfimas en invertebrados marinos. Sin embargo, gracias a la aplicación de
nuevas herramientas moleculares que nos
están mostrando que la biodiversidad marina va más allá de lo imaginable, al conocimiento de rutas bioquímicas relacionadas
con ciclos celulares y biosíntesis de metabolitos secundarios, y a innovadoras estrategias de exploración como la metagenómica,
podemos esperar en el futuro cercano un
incremento significativo de nuevas e innovadoras moléculas.
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